CC BY
29
УДК 581.5:502:667.7
Назарова Ю.П., АунгХтутТху, Захаров А.И.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИМЕСЕЙ И ТЕРМООБРАБОТКИ НА ЦВЕТОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗОЛЫ РИСОВОЙ ШЕЛУХИ
Назарова Юлия Петровна, студентка 4 курса факультета Химическая технология РХТУ им. Д. И. Менделеева,
Россия, Москва.
e-mail: [email protected]
Захаров Александр Иванович, к.т.н., доцент, заведующий кафедрой общей технологии силикатов РХТУ им. Д. И.
Менделеева, Россия, Москва.
Аунг Хтут Тху, аспирант с кафедры общей технологии силикатов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва. [email protected]
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20
В результате работы была проведена термообработка образцов рисовой шелухи. Процесс обжига происходил при разных температурах и при обработке нескольких образцов соляной кислотой. В результате были установлены основные зависимости термообработки различных образцов.
Ключевые слова: рисовая шелуха; кремнезем; цветовые характеристики.
INVESTIGATION OF THE IMPACT OF IMPURITIES AND THERMAL PROCESSING ON THE COLOR CHARACTERISTICS OF THE RICEHUSKS
Nazarova Yuliya Petrovna*, Zaharov Alexander Ivanovich, Aung Htut Thu D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: [email protected]
As a result of the work, heat treatment of rice husk samples was carried out. The firing process took place at different temperatures and when several samples were processed with hydrochloric acid. As a result, the main dependencies of heat treatment of various samples were established.
Key words: rice husks; silica; color characteristics.
При обработке рисаобразуется значительное количество отходов (шелуха, солома), которые могли бы быть использованы в различных отраслях, как сельского хозяйства, так и других отраслях промышленности.
Шелуха риса, отличается по химическому составу от плодовых оболочек других злаков высоким содержанием аморфного кремнезема (до 20 %) и может быть использована для полученияряда кремнийсодержащих соединений [1-3].
В рисовой шелухе содержатся примеси в виде оксидов алюминия, железа, калия, кальция, марганца, натрия, титана, фосфора,часть из них^е203, МпО, ТЮ2) являются выраженными хромофорами.В зависимости от условий термообработки (температуры, длительности обжига, содержания кислорода в газовой среде) в золе рисовой шелухи может содержаться углерод и оксид кремния в виде кристобалита и тридимита [4].
Целью работы было изучение влияния предварительной обработки и режима термообработки на хромофорные характеристики золы рисовой шелухи.
Предварительно рисовую шелуху анализировали методами дифференциально-термического, и термогравиометрического анализов, которые показали, что сгорание шелухи происходит в диапазоне 250-700 0С. В работе исследовали образцы золы рисовой шелухи, полученных путем термообработки в окислительной среде при температуре 600 °С, 750 °С, 1050 °С и различной выдержке (1 и 4 ч).
Часть образцов подвергали обработке 0.1 н раствором соляной кислоты при 90 °С в течение 1 ч по методике, изложенной в [5].
Полученные образцы золы анализировали несколькими методами, анализами: лазерной гранулометрии, рентгенофазовыми элементным анализами, электронной микроскопией.
На рис. 1, а и б представлено распределение по размеру частиц золы рисовой шелухи, полученной из обработанных и необработанных проб. Из результатов анализа можно заключить, что предварительная обработка кислотой не привела к изменению дезагрегационной способности частиц (показатели D50 24,7 и 27,9, соответственно) после
обработки ультразвуком. Наоборот, при обжиге обработанной шелухи образовывались более прочные агрегаты, что может быть связано с частичным удалением перегородок органических соединений в процессе кислотной обработки. а
Рис. 1. Распределение по размеру частиц золы, полученной термообработкой при температуре 600 °Сиз необработанной (а) и обработанной (б) рисовой шелухи (обработка ультразвуком в течение 5 мин).
Результаты элементного анализа золя показали (табл. 1, рис.2 а, б), что кислотная обработка приводит к существенному уменьшению содержания соединений таких элементов как магний и калий. Напротив, соединения кальция, присутствующие в небольшом количестве в необработанном материале (менее 1 %), повышают свое относительное содержание. Примесь углерода, несмотря на частичное разрешение органических соединений кислотой, остается на прежнем уровне.
Результаты рентгенограммы показали, что при нагревании образца до 750 °С кремнезем из аморфного состояния переходит в кристаллическое, соответствующее форме к —тридимита. А при температуре 1050°С появляется смесь из к —тридимита и к —кристобалита (рис.3 а, б) Наличие примесей в образцах необработанной рисовой шелухи, особенно таких как натрий и калий, которые являются наиболее активными ионами-минерализаторами, приводит к активной кристаллизации кристобалита и тридимита.
Таблица 1. Содержание основных элементов в образцах
Элемент Содержание элементов в образцах при
различных, %
600 °С 600°С, кислотная обработка 900°С Т=900°С, кислотная обработка
Si 34,33 33,15 37,21 36,63
С 8,84 9,24 5,48 6,2
O 54,93 54,22 55,3 54,93
Mg 0,19 - 0,31 -
K 1,18 - 0,96 -
Ca 0,53 3,31 0,74 2,24
Al - 0,34 - -
ОВ
Рис. 2. Содержание основных элементов в образцах, полученных термообработкой при температуре 600 °Сиз необработанной (а) и обработанной (б) рисовой шелухи
Были проведены измерения с помощью спектрофотометра X-RiteColori5, который обладает точностью и высокой производительностью измерения цвета различных образцов.
В таблице 2 представлены данные эксперимента. Проведя анализ, было установлено, что, с повышением температуры и при обработке образцов кислотой, количество красящих примесей значительно уменьшилось. А выдержка в данном анализе не имеет особого влияния, так как значения показателей при 1 ч и 4 ч приблизительно одинаковые.
б
а б
Рис. 3. Рентгенограммы кремнийсодержащих образцов, полученных термообработкой при температуре 1050°Сиз необработанной (а) и обработанной (б) рисовой шелухи: кристаллический диоксид кремния в формах к — тридимита и
к — кристобалита
Таблица 2. Анализ хромофорных характеристик образцов
№ образца Т °г ХобЖ5 ^ ^ ч обр. НС1 а* (краснота) Ь* (желтизна) V (светлота) Ш-С1Е (белизна)
1 600 1 ч 3,45 6,72 80,52 22,91
2 600 1 ч (обр.) 1,97 4,78 85,09 42,52
3 750 1 ч 4,45 5,95 83,05 32,47
4 750 1 ч (обр.) 3,93 5,29 90,98 53,87
5 750 4 ч 4,28 7,04 81,95 24,48
6 750 4 ч (обр.) 4,28 5,69 90,08 49,82
7 900 1 ч 4,68 5,48 84,02 36,93
8 900 1 ч (обр.) 2,65 3,85 92,07 63,09
9 900 4 ч 5,13 5,58 82,80 33,81
10 900 4 ч (обр.) 5,47 7,60 88,53 37,17
11 1050 1 ч 4,74 5,23 83,38 36,84
12 1050 1 ч (обр.) 3,10 3,97 92,49 63,61
У необработанных образцов рисовой шелухи мы видим наиболее высокий показатель красноты (а*) и желтизны (Ь*), в тоже время у обработанных экземпляров преобладает светлота (¿*) и белизна (WI-CIE). Все эти данные также зависят от наличия примесей в исходном материале, количество которых уменьшается при обработке рисовой шелухи соляной кислотой. Влияние режима термообработки на цвет не выявлено
Определения методом СЭМ с элементным анализом проводили в Центре коллективного пользования РХТУ им. Д. И. Менделеева.
Авторы выражают благодарность профессору РЭА им. Г. В. Плеханова Ю. Т. Платову за помощь в определении цветовых характеристик материалов.
Литература
1.Николенко Ю. М., Холомейдик А. Н. , Земнухова Л. А., Устинов А. Ю., Полякова Н. В. /Сорбционные материалы /Вестник ДВО РАН. 2012. № 5.— С. 70
2.Вураско А. В., Шаповалова И. О., Петров Л. А, Стоянов О. В. Вестник технологического университета. 2015. Т.18, №11.— С. 17
3. Логинов Е. Где применить биогазовые технологии / Е. Логинов // Журнал «Международная биоэнергетика», 2013.
4.Захаров А. И., Беляков А. В., Цвигунов А.Н. Формы выделения соединений кремния в рисовой шелухе // Стекло и керамика. - 1993. - № 9-10. - С. 37-41.
5.Холомейдик А. Н. Получение, состав и свойства кремний- и углеродосодержащих продуктов переработки плодовых оболочек риса:. дис. канд. хим. наук. — Владивосток, 2016.— С. 34
